Haftreibung

Die Haftreibung ist, neben der Gleitreibung und Rollreibung, eine der drei Formen der Reibungskraft. Die beiden Flächen berühren sich und “haften” gewissermassen zusammen. Bei der Haftreibung reiben die zwei Flächen nicht aufeinander, d.h. sie bewegen sich nicht relativ zueinander.

Weil diese Oberflächen nicht ganz glatt sind und zusammen “haften”, entsteht eine Reaktionskraft, sobald von aussen Kräfte wirken, die versuchen, die beiden Oberflächen zum Bewegen zu bringen. Die Haftreibungskraft ist einer möglichen Bewegung entgegengesetzt.

Beispiele für Haftreibung:

• Die Haftreibung zwischen unseren Schuhsohlen und dem Boden ermöglicht ein sicheres, rutschfreies Gehen und Laufen
• Die Haftreibung zwischen den Autoreifen und der Strasse sorgt dafür, dass das Auto sicher beschleunigen, bremsen und Kurven fahren kann.
• Beim Klettern verhindert die Haftreibung zwischen den Händen/Füßen und der Kletterwand ein Abrutschen
• Beim Schreiben hilft die Haftreibung zwischen Stiftspitze und Papier, dass wir nicht immer gleich abrutschen.
• Die Haftreibung zwischen den Stuhlbeinen und dem Boden verhindert, dass der Stuhl leicht verrutscht, wenn wir uns auf ihn setzen.

Die Haftreibung ist grösser als die Gleitreibung und damit automatisch auch grösser als die Rollreibung.

Meistens ist die Haftreibung gewollt. Wenn sie aber ungewollt ist und nicht verhindert werden kann, empfiehlt sich die Wahl von gut gleitenden Materialien (z.B. Teflon) oder der Einsatz von Schmiermitteln. Vielleicht kann die Normalkraft reduziert werden, was direkt zu einer Reduktion der Haftreibungskraft führt.

Abhängigkeit von der Normalkraft

Wenn wir die Haftreibung berechnen möchten, ist das etwas komplizierter als bei der Gleitreibung oder Rollreibung, denn die Haftreibungskraft ist nicht proportional zur Normalkraft.

Die Haftreibungkraft folgt aus der Kräftesituation und stellt sich gemäss Newtons Drittes Gesetz so ein, dass Kräftegleichgewicht herrscht.

Es gibt für die Haftreibung aber eine Obergrenze, bis zu welcher die beiden Oberflächen aneinander haften können. Darüber lässt die Haftung lost und wir kriegen ein Gleiten.

Diese Obergrenze, d.h. die maximal mögliche Haftreibungskraft \(F_{HRmax}\) können wir bestimmen. Sie ist proportional zur Normalkraft:

\[ F_{Rmax} = \mu_H \cdot F_N \]

Der Proportionalitätsfaktor ist der Haftreibungskoeffizient \(\mu_H\). Je kleiner der Haftreibungskoeffizient, desto tiefer liegt die Obergrenze bei einer gegebenen Normalkraft:

Wir bestimmen dann die Reibungskraft, die wir haben möchten, damit Kräftegleichgewicht herrscht, d.h. keine Beschleunigung stattfindet. Wir verlangen Kräftegleichgewicht (\(F_{res}=0\). Wenn die dazu benötigte Haftreibungskraft kleiner als die maximal mögliche Obergrenze \(F_{Rmax}\) ist, wird Haftreibung möglich sein.

Falls die Obergrenze aber überschritten wird, kann keine so grosse Haftreibungskraft aufgebracht werden. Es entsteht dann meistens Gleitreibung, d.h. wir müssen die Berechnung wieder von vorne beginnen – dieses Mal für die Gleitreibung.

Haftreibung an der schiefen Ebene

Die Haftreibung \(F_R\) ist gerade so gross, dass sie die Parallelkomponente der Gewichtskraft \(F_{g \parallel}\) aufhebt und wir in paralleler Richtung zur Ebene ein Kräftegleichgewicht erhalten. Senkrecht zur Ebene haben wir bereits Kräftegleichgewicht, da die Normalkraft \(F_N\) die Senkrechtkomponente der Gewichtskraft \(F_{g \perp}\) kompensiert.

Sollten wir die \(F_{R,max}\) überschritten haben oder wurde der Klotz leicht bewegt, so fällt die Haftreibungskraft weg und wir wechseln zur Gleitreibung. Da der Gleitreibungskoeffizient aber kleiner ist als der Haftreibungskoeffizient (\(\mu_G < \mu_H\)), ist die Reibungskraft nicht mehr in der Lage das Kräftegleichgewicht zu halten. Die resultierende Kraft beschleunigt dann den Klotz den Hang hinunter.